APRIWAN RIZKIdigilib.unila.ac.id/24765/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdfBERBASIS SMARTPHONE ANDROID...

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

DENGAN PERUBAHAN TEGANGAN DAN FREKUENSI

BERBASIS SMARTPHONE ANDROID

(Skripsi)

Oleh

APRIWAN RIZKI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2016

i

ABSTRAK

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 FASA DENGAN

PERUBAHAN TEGANGAN DAN FREKUENSI BERBASIS

SMARTPHONE ANDROID

Oleh

APRWAN RIZKI

Penggunaan motor induksi tiga fasa sudah banyak digunakan diindustri besar

maupun kecil. Kecepatan motor induksi dapat diatur dengan mengubah tegangan

dan frekuensi sumber. Pengoperasian kecepatan motor induksi pada umumnya

secara manual dan menggunakan kabel. Dalam mempermudah pengoperasian

kecepatan motor induksi, dibutuhkan suatu kontroler untuk mengendalikan

kecepatan motor induksi dari jarak jauh dan tanpa kabel.

Tujuan penelitian ini adalah membuat suatu kontroler yang dapat mengatur

kecepatan motor induksi 3 fasa tipe sangkar tupai dari jarak jauh dengan

menggunakan perubahan tegangan dan frekuensi suplai. Untuk dapat mengatur

kecepatan motor dari jarak jauh dibutuhkan sebuah smartphone android yang

memiliki perangkat bluetooth, yaitu suatu komunikasi nirkabel yang menyediakan

layanan pertukaran data. Pengaturan kecepatan motor induksi 3 fasa dengan cara

mengatur nilai tegangan dan frekeuensi sumber menggunakan buck converter dan

inverter. Rangkaian buck converter digunakan untuk mengatur nilai tegangan

dengan mengubah nilai duty cycle sedangkan rangkaian inverter digunakan untuk

mengatur nilai frekuensi dengan pemicunya menggunakan metode SPWM

(Sinusoidal Pulse Width Modulation). Metode pengereman kecepatan motor

menggunakan metode pengereman dinamik.

Dari hasil pengujian kecepatan motor dapat dikontrol sampai jarak 15 meter,

dimana kecepatan akan semakin cepat ketika nilai tegangan dan frekuensi

sumbernya dinaikkan. Sebaliknya, ketika nilai tegangan dan frekuensi diturunkan

maka kecepatan motor akan menurun. Alat ini dapat mengatur tegangan DC sebesar

287 volt dan buck converter mengatur nilai duty cycle antara 0,2 sampai 1 dengan

kenaikkan 0,2 sedangkan inverter mengatur frekuensi dari 40 Hz sampai 55 Hz

dengan kenaikkan 5 Hz.

Kata kunci : motor induksi 3 fasa, smartphone android, bluetooth, buck converter,

inverter

ii

ABSTRAK

SPEED CONTROLLER OF 3 PHASE INDUCTION MOTOR WITH

VOLTAGE AND FREQUENCY CHANGES BASED ON ANDROID

SMARTPHONE

By

APRWAN RIZKI

The use of three phase induction motor is widely used for large and small industry.

Induction motor speed can be adjusted by changing the voltage and frequency of

the source. Operation speed induction motors are generally manually and using

cables. In facilitating the operation of induction motor speed, we need a device to

control the speed of induction motors on remotely and wirelessly.

The purpose of this research is to design a device that can control the speed of 3-

phase induction motor squirrel cage type remotely using supply voltage and

frequency changes. To adjust the speed of the motor from a distance it takes an

android smartphone with bluetooth, which is a wireless communication that

provides data exchange services. 3-phase induction motor speed controller is done

by regulating the voltage value and frequency source using buck converter and the

inverter. Buck converter circuit is used to set the value of the voltage by changing

the duty cycle value while the inverter circuit is used to set the value of the trigger

frequency by using SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation). Dynamic braking

method is required.

From the results of motor speed testing, it can be controlled up to 15 meters

distance, where the speed will be faster when the source voltage and frequency

values increased. Conversely, when the value of the voltage and frequency are

decreased so the motor speed will decrease. This tool can adjust 287 Volt of DC

Voltage and a buck converter will set the duty cycle value between 0.2 to 1 with an

increase of 0.2 while the inverter adjust the frequency from 40 Hz to 55 Hz to 5 Hz

increase.

Keywords : three phase induction motor, android smartphone, bluetooth, buck

converter, inverter

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

DENGAN PERUBAHAN TEGANGAN DAN FREKUENSI

BERBASIS SMARTPHONE ANDROID

Oleh :

Apriwan Rizki

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2016

Atas ridho

Dengan rasa hormat, cinta dan sayangku

Ku dedikasikan karya sederhana ini untuk

Bapak dan Ibu:

Bapak Cikwan Zuhri

&

Ibu Nurhamah Ms Terima kasih atas cinta, kasih sayang dan doa-nya

“Ya Allah! Ampunilah aku, ibu bapakku dan kasihilah

mereka keduanya, sebagaimana mereka berdua telah

menyayangi aku waktu kecil.”

Lakukan apapun yang menurut mu benar,

Namun tetap sesuai ajaran-Nya.

Jangan lupa berusaha dan berdoa.

(Apriwan Rizki)

Maka sesungguhnya bersama kesulitan itu ada

Kemudahan.

Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada

Kemudahan.

(Q.S Al-Insyirah: 5-6)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Kotabumi pada tanggal 02 April 1994.

Penulis merupakan anak keempat dari pasangan Bapak

Cikwan Zuhri dan Ibu Nurhamah.

Pendidikan formal penulis dimulai dari TK Laskar Ampera,

Rejosari, Kotabumi dari tahun 1998 sampai 1999. Kemudian penulis melanjutkan

pendidikan Sekolah Dasar di SDN 1 Rejosari, Kotabumi dari tahun 1999 sampai

2005. Penulis meneruskan pendidikan di SMPN 7 Kotabumi dari tahun 2005

sampai 2008 dilanjutkan ke Sekolah Yayasan Pembina UNILA (YP UNILA)

daritahun 2008 sampai 2011.

Pada tahun yang sama penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Nasional

Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) tertulis. Selama menjadi mahasiswa,

penulis berkesempatan menjadi Asisten Laboratorium Konversi Energi Elektrik

(KEE). Penulis juga pernah aktif di lembaga kemahasiswaan yang ada di Jurusan

Teknik Elektro yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro Universitas (Himatro)

sebagai Anggota Departemen Kerohanian (2012-2013) dan (2013-2014). Pada

tahun 2015, penulis pernah melakukan kerja praktik di PT. PLN Persero

Distribusi Jakarta Raya dengan bahasan pemeliharaan transformator.

SANWACANA

Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji bagi Allah SWT atas limpahan nikmat

kesehatan, kesempatan, rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini. Sholawat serta salam senantiasa tercurah kepada Nabi

Muhammad SAW sang penutup para Nabi dan Rasul, kepada keluarga, sahabat,

dan pengikutnya yang setia sampai akhir zaman.

Skripsi ini berjudul ”Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa dengan

Perubahan Tegangan dan Frekeunsi Berbasis Smartphone Android” sebagai

salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. Selama melaksanakan penelitian

ini, penulis banyak mendapatkan pengalaman yang sangat berharga. Penulis juga

telah mendapat bantuan baik moril, materi, maupun petunjuk, bimbingan dan

saran dari berbagai pihak, secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu pada

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua Penulis, Bapak Cikwan Zuhri dan Ibu Nurhamah tercinta

yang tidak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, dan kasih sayang

tiada batas akhir dan semoga Beliau selalu dalam lindungan Allah SWT.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, M.P. selaku Rektor Universitas

Lampung.

3. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Lampung.

4. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc., selaku Ketua Jurusan Teknik

Elektro Universitas Lampung.

5. Bapak Dr. Herman Halomoan Sinaga, S.T.,M.T., selaku sekretaris jurusan

Teknik Elektro Universitas Lampung.

6. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T., selaku Pembimbing Utama atas

kesediannya untuk memberikan bimbingan, saran dan kritik dalam proses

penyelesaian skripsi ini.

7. Bapak Osea Zebua, S.T., M.T., selaku Pembimbing Pendamping atas

kesediannya untuk memberikan bimbingan, saran dan kritik dalam proses

penyelesaian skripsi ini.

8. Ibu Dr. Eng. Endah Komalasari, S.T., M.T., selaku Penguji yang telah

memberikan masukan dan saran-saran dalam skripsi ini.

9. Bapak Ir. Emir Nasrullah, M. Eng., selaku pembimbing akademik yang

telah memberikan waktu dan bimbingannya semasa penulis kuliah.

10. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung atas

pengajaran yang diberikan selama ini kepada penulis.

11. Seluruh Staf Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung atas

bantuannya semasa penulis kuliah.

12. Keluarga besar penulis Udo Juliansyah Putra, Kaka Nur Bayti, Wo Meivi

Dwinita, Kak M. Khadafi, Adik Rahmat Kurniawan, Keponakan Ghazi,

Annida, Annahla dan Fariz yang telah memberikan motivasi dan dukungan

moril-materil kepada Penulis.

13. Keluarga Elevengineer, Adit P, Adit H, Adit R, Agi, Alex, Alin, Anang,

Andi Andre, Nida, Arief (alm), Rosiq, Choi, Darma, Deden, Denny, Dirya,

Iyon, Edi, Eliza, Fadil, Fanny, Faris, Ramos, Frian, Frisky, Gusmau,

Grienda, Habib, Hajar, Hajri, Imam, Made, Yazir, Havif, Mariyo, Farid,

Abidin, Fikri, Najib, Gata, Nur, Rina, Oka, Pras, Petrus, Randi, Rani, Rei,

Jani, Restu, Reynold, Reza, Richard, Penceng, Sigit, Subas, Vina, Yere,

Yoga, Yunita, Ucup atas dukungan, cerita dan kebersamaan dalam susah

maupun senang. Kekeluargaan kita tidak akan terputus sampai kapanpun.

14. Teknisi Lab Pak Sugiyanto dan rekan-rekan asiten lab KEE 2011 (Adit H,

Deni, Frian, Habib, Rejani, Richard)

15. Rekan-rekan asisten Lab KEE 2010 (Kak Maulana, Kak Nanang, Kak

Melzi, Kak Reza, Kak Jaya, Kak Nuril, Radi, Kak Rahmat, Mbak Devi).

16. Rekan-rekan asisten Lab KEE 2012 (Guntur, Aji, Dharma, Yayan, Lifani,

Rio, Panji) dan Asisten 2013 (Nabila, Pitia, Rendi, Gusti, Deri, Agung,

Hardi, Hekson, Andre, Paian, Fikri).

17. Keluarga besar Teknik Elekto yang luar biasa.

18. Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (Himatro) atas pengalaman,

pembelajaran dan segala rasa yang lahir yang tidak akan pernah

terlupakan.

19. Semua pihak yang telah membantu serta mendukung penulis dari awal

kuliah hingga terselesaikannya skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu

per satu.

Semoga kebersamaan ini membawa kebaikan, keberkahan, kemurahan hati, serta

bantuan dan do’a yang telah diberikan seluruh pihak akan mendapatkan balasan

yang setimpal dari Allah SWT dan semoga kita menjadi manusia yang berguna

dan berkembang. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak terlepas dari

kesalahan dan jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu masukan serta saran dan

kritik yang membangun sangat penulis harapkan demi perbaikan dimasa yang

akan datang. Akhirnya, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Aamiin.

Bandar Lampung, 11 November 2016

Penulis,

Apriwan Rizki

1115031016

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ...................................................................................................... i

LEMBAR JUDUL .......................................................................................... iii

LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... iv

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... v

LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................... vi

RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ vii

PERSEMBAHAN ........................................................................................... viii

MOTTO .......................................................................................................... ix

SANWANCANA ............................................................................................ x

DAFTAR ISI ................................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xviii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xxii

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1

1.2 Tujuan Penelitian .............................................................................. 3

1.3 Manfaat Penelitian ............................................................................ 4

1.4 Rumusan Masalah ............................................................................ 4

xv

1.5 Batasan Masalah ............................................................................... 4

1.6 Hipotesis ........................................................................................... 5

1.7 Sistematika Penulisan ....................................................................... 5

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Induksi ................................................................................... 7

2.2 Prinsip Kerja Motor Induksi ............................................................. 10

2.3 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi .................................................. 12

2.4 Buck Converter ................................................................................. 17

2.5 Inverter 3 Fasa .................................................................................. 20

2.6 Power Supply .................................................................................... 21

2.7 Mikrokontroler Arduino ................................................................... 22

2.8 MOSFET .......................................................................................... 23

2.9 Bluetooth HC-05 .............................................................................. 24

2.10 Pengereman Dinamik ..................................................................... 25

III. METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ........................................................ 27

3.2 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................. 27

3.3 Prosedur Penelitian ........................................................................ 28

3.4 Analisa dan Hasil Pengujian .......................................................... 35

xvi

3.5 Diagram Alir Penelitian ................................................................. 35

IV. HASIL DAN ANALISA

4.1 Hasil Perancangan Alat .................................................................. 37

4.1.1 Aplikasi Pengendali ............................................................. 37

4.1.2 Mikrokontroler Arduino....................................................... 39

4.1.3 Modul Gate Driver Buck Converter .................................... 40

4.1.4 Rangkaian Buck Converter .................................................. 42

4.1.5 Modul Gate Driver Inverter ................................................. 43

4.1.6 Rangkaian Inverter ............................................................... 44

4.1.7 Rangkaian Pengereman Dinamik ......................................... 45

4.18 Rangkaian Keseluruhan ........................................................ 46

4.2 Hasil Pengujian .............................................................................. 47

4.2.1 Hasil Pengujian Aplikasi Pengendali .................................. 47

4.2.2 Hasil Pengujian Jangkauan Bluetooth ................................. 49

4.2.3 Hasil Pengujian Komunikasi UART ................................... 50

4.2.4 Hasil Pengujian Pengendali I2C .......................................... 52

4.2.5 Hasil Pengujian Gelombang PWM di Arduino Uno............ 54

4.2.6 Hasil Pengujian Rangkaian Gate Driver Buck Converter .... 57

4.2.7 Hasil Pengujian Rangkaian Buck Converter........................ 58

4.2.8 Hasil Pengujian Gate Driver Inverter .................................. 60

xvii

4.2.9 Hasil Pengujian Rangkaian Inverter ................................... 61

4.2.10 Hasil Penggabungan antara Buck Converter dan Inverter 64

4.2.11 Hasil Pengujian Rangkaian Filter ..................................... 67

4.2.12 Hasil Pengujian Rangkaian Pengereman Dinamik ........... 69

4.2.13 Hasil Pengujian Keseluruhan ........................................... 70

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 77

5.2 Saran ............................................................................................... 78

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Gambar 2.1. Konstruksi Stator ............................................................... 8

2. Gambar 2.2. Konstruksi Rotor Sangkar Tupai ....................................... 9

3. Gambar 2.3. Konstruksi Rotor Belitan ................................................... 9

4. Gambar 2.4. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi .................................. 12

5. Gambar 2.5. Karakteristik motor induksi ketika perubahan tegangan .. 14

6. Gambar 2.6. Karakteristik motor induksi ketika perubahan frekuensi .. 15

7. Gambar 2.7. Karakteristik motor induksi ketika perubahan tegangan

dan frekuensi ......................................................................................... 17

8. Gambar 2.8. Rangkaian Buck Converter ............................................... 18

9. Gambar 2.9 Rangkaian Buck Converter saat saklar ON ....................... 19

10. Gambar 2.10. Rangkaian Buck Converter saat saklar OFF ................... 19

11. Gambar 2.11. Rangkaian Inverter 3 Fasa .............................................. 20

12. Gambar 2.12. Pemicuan gelombang SPWM ......................................... 21

13. Gambar 2.13. Rangkaian Power Supply ................................................ 22

14. Gambar 2.14. Arduino Mega 2560 ........................................................ 23

15. Gambar 2.15. MOSFET ........................................................................ 24

16. Gambar 2.16. Bluetooth HC-05 ............................................................. 25

xix

17. Gambar 2.17. Rangkaian Pengereman Dinamik ....................................... 26

18. Gambar 3.1. Diagram blok perancangan alat ............................................ 31

19. Gambar 3.2. Diagram Alir Perancangan Alat dan Sistem ......................... 36

20. Gambar 4.1 Tampilan awal dari aplikasi pengendali kecepatan motor ..... 38

21. Gambar 4.2 Rangkaian Driver mosfet pada buck converter ..................... 41

22. Gambar 4.3 Realisasi rangkaian drver mosfet buck converter .................. 41

23. Gambar 4.4 Realisasi rangkaian buck converter ....................................... 42

24. Gambar 4.5 Realisasi rangkaian gate driver inverter ................................ 43

25. Gambar 4.6 Realisasi rangkaian inverter ................................................... 44

26. Gambar 4.7 Realisasi rangkaian pengereman dinamik ............................. 45

27. Gambar 4.8 Tampilan alat secara keseluruhan .......................................... 46

28. Gambar 4.9 Tampilan aplikasi pada layar smartphone saat terhubung

dan tidak terhubung dengan Bluetooth...................................................... 47

29. Gambar 4.10 Tampilan LCD dengan perintah duty cycle 20% dan

frekuensi 40 Hz ......................................................................................... 51


frekuensi 45 Hz ......................................................................................... 51


frekuensi 50 Hz ......................................................................................... 51


frekuensi 50 Hz ......................................................................................... 51


frekuensi 55 Hz ......................................................................................... 52

34. Gambar 4.15 Tampilan LCD dengan perintah pengereman ...................... 52

xx

35. Gambar 4.16 Hasil pengujian komunikasi I2C dengan indikator

LED menyala ............................................................................................ 53

36. Gambar 4.17 Grafik hubungan tegangan PWM dengan duty cycle .......... 54

37. Gambar 4.18 Tampilan gelombang PWM saat duty cycle 20% ................ 55




41. Gambar 4.22 Tampilan gelombang PWM saat duty cycle 100% .............. 55

42. Gambar 4.23 Grafik hubungan tegangan dengan duty cycle pada

gate driver ................................................................................................. 58

43. Gambar 4.24 Grafik perbandingan tegangan keluaran buck converter

saat terukur dengan teori ........................................................................... 60

44. Gambar 4.25 Bentuk gelombang saat pengujian SPWM .......................... 61

45. Gambar 4.26 Tampilan gelombang keluaran inverter frekuensi 40 Hz .... 62




49. Gambar 4.30 Tampilan gelombang saat duty cycle 20% dan

frekuensi 40 Hz ......................................................................................... 64


frekuensi 40 Hz ......................................................................................... 65


frekuensi 45 Hz ......................................................................................... 65

xxi


frekuensi 50 Hz ......................................................................................... 65


frekuensi 55 Hz ......................................................................................... 66

54. Gambar 4.35 Tampilan gelombang saat pengereman motor ..................... 66

55. Gambar 4.36 Tampilan gelombang saat duty cycle 20% dan frekuensi

40 Hz setelah melewati rangkaian filter .................................................... 67









60. Gambar 4.41 Tampilan gelombang saat pengereman dinamik ................. 70

61. Gambar 4.42 Grafik hubungan kecepatan motor dengan torsi saat

tegangan dan frekuensi dinaikan ............................................................... 74

62. Gambar 4.43 Grafik hubungan kecepatan motor dengan torsi saat

tegangan dinaikkan dan frekuensi diturunkan .......................................... 75

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1. Nilai Register OCR Berdasarkan Duty Cycle ................................... 39

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Bluetooth di Ruangan Terbuka ............................... 49

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Bluetooth di Ruangan Tertutup............................... 50

Tabel 4.4. Hasil Pengukuran Tegangan Keluaran Gelombang PWM ............... 54

Tabel 4.5. Hasil pengujian Tegangan Keluaran Driver Mosfet ......................... 57

Tabel 4.6. Hasil Pengujian Buck Converter ....................................................... 59

Tabel 4.7. Hasil Pengujian Alat secara Keseluruhan ......................................... 72

Tabel 4.8. Nilai kecepatan motor dan torsi saat tegangan dan frekuensi dinaikan

bersama............................................................................................. 75

Tabel 4.9. Nilai kecepatan motor dan torsi ketika tegangan naik dan frekuensi

diturunkan......................................................................................... 76

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Saat ini perkembangan dibidang teknologi sangat berkembang pesat dan sudah

menjadi salah satu kebutuhan hidup manusia. Penggunaan teknologi yang sering

digunakan hanya sebatas umumnya saja tetapi tidak dimanfaatkan lebih baik.

Teknologi yang dimaksud adalah teknologi seluler dimana teknologi seluler ini

sudah menjadi seperti kebutuhan dasar bagi masyarakat. Hal ini dikarenakan

smartphone berfungsi untuk menelpon, sms, bertukar atau berkirim data, browsing,

dan lain-lain.

Berbagai macam jenis handphone sudah banyak yang muncul di kehidupan ini

dengan berbagai fungsi dan kegunaannya. Pada saat ini handphone yang sedang

menguasai teknologi seluler adalah handphone pintar atau biasa disebut dengan

smartphone. Smartphone mempunyai kelebihan dibandingkan dengan handphone

yang sebelumnya, hal ini dikarenakan smartphone dapat memberikan suatu

kemudahan bagi pengguna smartphone tersebut.

Smartphone memiliki banyak fitur-fitur yang dapat dimanfaatkan, terdapat sebuah

aplikasi yang dapat menerima atau mengirim suatu data yaitu aplikasi bluetooth.

Aplikasi bluetooth ini dapat dimanfaatkan lebih baik lagi dibandingkan hanya untuk

2

bertukar data saja. Dari aplikasi bluetooth ini, terdapat sebuah pemikiran untuk

membuat sebuah perintah yang dapat mengendalikan kecepatan motor induksi.

Sehingga motor induksi dapat dikendalikan dari jarak jauh hanya dengan

menyentuh tombol perintah yang sudah terdapat di layar smartphone.

Motor induksi yang ingin dikendalikan merupakan motor listrik yang hanya bekerja

berdasarkan sumber tegangan bolak-balik. Motor jenis ini juga banyak digunakan

di industri besar dan kecil. Pengaturan kecepatan pada motor induksi dapat diatur

dengan mengubah nilai-nilai tegangan sumber, arus, dan frekuensi. Pada penelitian

yang akan dilakukan menggunakan metode perubahan nilai tegangan dan frekuensi

sumber pada motor tersebut.

Peneltian ini bertujuan untuk memberikan kemudahan untuk mengoperasikan suatu

peralatan dan memanfaatkan suatu fitur bluetooth yang terdapat di smartphone.

Penggunaan dari bluetooth tersebut dapat dikendalikan dari jarak 15 meter sehingga

pengaturan motor induksi dapat dikendalikan dari jarak jauh. Berdasarkan hal-hal

diatas, muncul sebuah ide untuk menciptakan sebuah pengaturan kecepatan motor

induksi yang dikendalikan dengan menggunakan komunikasi tanpa kabel atau

wireless.

Pada penelitian sebelumnya untuk mengatur perubahan tegangan menggunakan DC

Chopper sedangkan perubahan frekuensi menggunakan inverter. Penelitian yang

dilakukan oleh Baskara Internalis pada tahun 2007 dengan judul “Pengaruh Variasi

Tegangan DC Chopper dan Variasi Frekuensi Inverter pada Pengaturan Kecepatan

3

Motor Induksi 3 Fasa 1 HP Berbasis Mikrokontroler AT89S51/52” telah melakukan

pengaturan kecepatan motor induksi 3 fasa dengan perubahan nilai tegangan dan

frekuensi.

Pada penelitian tersebut perangkat kontrolnya menggunakan mikrokontroler

AT89S51/52 dan tidak adanya pengereman serta tidak ada rangkaian filter.

Berdasarkan latar belakang tersebut, muncul suatu ide untuk membuat suatu

prototype pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa serta pengeremannya

dengan menggunakan smartphone. Penelitian yang akan dilakukan menggunakan

mikrokontroler Arduino dengan penambahan rangkaian filter serta memiliki

rangkaian pengereman. Pada penelitian ini digunakan juga smartphone sebagai

kontroler kecepatan motor, dimana kontroler ini dapat mengatur kecepatan motor

dari jarak jauh dengan menggunakan bluetooth.

1.2. Tujuan Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan, yaitu:

1. Membuat alat pengendali kecepatan putar motor induksi serta pengereman

yang dapat dikendalikan dari jarak jauh.

2. Membuat aplikasi berbasis sistem operasi android untuk membantu

pengendalian kecepatan motor induksi serta pengeremannya.

3. Memperluas jangkauan pengaturan kecepatan motor induksi dengan

menggunakan sistem komunikasi bluetooth.

4

1.3. Manfaat Penelitian

Berikut ini merupakan manfaat dari penelitian ini, yaitu:

1. Memanfaatkan smartphone dengan secara maksimal sebagai pengendali

kecepatan kecepatan motor listrik.

2. Memberikan kemudahan bagi operator dalam mengatur kecepatan putaran

motor induksi dan pengeremannya.

1.4 Rumusan Masalah

Berikut merupakan rumusan masalah pada penelitian ini, yaitu:

1. Bagaimana mengendalikan kecepatan putaran motor induksi serta

pengeremannya dengan menggunakan smartphone.

2. Bagaimana mengatur kecepatan putaran motor induksi dengan mengubah nilai

tegangan dan frekuensi sumber.

3. Bagaimana cara mengubah kecepatan motor induksi dengan mengatur

perubahan tegangan dan frekuensi secara bersamaan.

1.5. Batasan Masalah

Penelitian ini mempunyai beberapa batasan masalah, yaitu:

1. Pengaturan kecepatan motor induksi serta pengereman menggunakan

mikrokontroler arduino.

2. Pengendalian motor induksi akan dilakukan dengan mengubah tegangan dan

frekuensi.

3. Metode pengereman yang digunakan yaitu pengereman elektris secara

dinamik.

5

4. Tidak membahas harmonisa yang ditimbulkan

5. Tidak membahas secara detail bluetooth pada sistem operasi android.

6. Tidak membahas secara detail program pada android dan arduino.

1.6. Hipotesis

Penelitian bertujuan membuat suatu alat pengendali yang dirancang untuk dapat

mengendalikan kecepatan motor induksi tiga fasa dan pengeremannya. Dengan

memanfaatkan fitur bluetooth pada smartphone, operator mengirim perintah ke

mikrokontroler dengan menekan tombol pada layar smartphone. Mikrokontroler

akan memproses perintah tersebut dan alat pengendali akan bekerja dengan

mengendalikan kecepatan dan pengereman motor dari jarak jauh.

1.7. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan yang digunakan dalan penelitian ini, yaitu:

I. PENDAHULUAN

Bab pertama berisi tentang latar belakang penelitian, tujuan penelitian, manfaat

penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika

penulisan laporan penelitian.


Bab kedua ini berisi tentang dasar teori yang akan digunakan sebagai acuan

dalam perancangan alat, analisa serta pembahasan yang didapat setelah

melakukan penelitian.

6

III. METODE PENILITIAN

Bab ketiga ini membahas tentang alat-alat, prosedur, serta metode perancangan

yang digunakan pada penelitian ini.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab keempat berisi hasil yang didapat setelah melakukan penelitian serta

menganalisa hasil penelitian tersebut.


Bab terakhir ini berisi tetang kesimpulan dan saran-saran yang mungkin

menjadi acuan untuk perkembangan alat ini kedepannya.


2.1. Motor Induksi

Motor asinkron atau juga disebut motor induksi merupakan motor listrik arus bolak-

balik (AC) yang bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke rotor. Arus

rotor diperoleh dari arus induksi yang diakibatkan kerena adanya perbedaan antara

putaran rotor dengan medan putar yang dihasilkan arus stator. Motor induksi ini

sangat banyak digunakan pada kehidupan sehari-hari baik di bidang industri

maupun di bidang rumah tangga.

Motor induksi dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan phase-nya, yaitu

motor induksi 3-phase dan motor induksi 1-phase. Motor induksi 3-phase biasanya

dioperasikan di bidang industri yang memiliki sistem tenaga 3- phase, sedangkan

pada motor induksi 1- phase biasanya digunakan pada peralatan-peralatan rumah

tangga seperti kipas angin, pompa air, mesin cuci, dan lain-lain. Terdapat tiga

bagian penting pada konstruksi dasar dari motor induksi, yaitu:

a) Stator

Stator merupakan bagian dari motor yang tidak bergerak dan terletak dibagian

luar dari motor serta memiliki kumparan yang dapat menginduksikan suatu

medan elektromagnet kepada kumparan rotor. Stator terdiri dari lapisan inti

besi yang berlaminasi dan tersusun berlapis sebagai tempat kumparan dan

8

beberapa kumparan biasanya disebut dengan belitan phasa. Pada motor tiga

phasa memiliki tiga buah belitan dimana tiap belitan tersebut terpisah sebesar

120°. Konstruksi stator diperlihatkan pada gamber 2.1.

Gambar 2.1 Konstruksi Stator[10]

b) Rotor

Rotor merupakan bagian dari motor yang bergerak yang diakibatkan adanya

induksi medan magnet dari kumparan stator yang terletak dibagan dalam pada

motor, selanjutnya akan diinduksikan ke kumparan rotor. Berdasarkan

rotornya, motor induksi ini dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:

a. Motor Induksi Sangkar Tupai (Squirrel Cage Rotor)

Motor jenis ini memiliki konstruksi rotor yang sederhana dan bagian

dari mesin yang berputar bebas serta letaknya di dalam. Rotor jenis ini

terbuat dari besi laminasi (berlapis) yang memiliki slot dengan batang

aluminium atau tembaga yang dihubung singkat pada ujungnya.

Karakteristik dari rotor sangkar tupai ini yaitu memiliki tahanan rotor

yang tetap, nilai arus starting yang tinggi dan torsi starting yang rendah.

Pada gambar 2.2 merupakan tampilan dari rotor tipe sangkar tupai.

9

Gambar 2.2 Konstruksi Rotor Sangkar Tupai[10]

b. Motor Induksi Rotor Belitan (Wound Rotor)

Motor dengan rotor belitan merupakan jenis rotor yang mempunyai

belitan tiga fasa yang dihubung bintang (wye) dibagian dalam dan pada

ujung lainnya dihubungkan dengan slip ring (cincin geser) ke tahanan

luar. Karakteristik dari rotor jenis ini yaitu mempunyai nilai arus

starting yang rendah, torsi yang tinggi, power faktor yang baik dan

memungkinkan tahanan luar dihubungkan ke tahanan rotor melalui slip

ring yang terhubung dengan brush (sikat). Konstruksi rotor tipe belitan

dapat diperlihatkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Konstruksi Rotor Belitan[10]

10

c) Celah atau slip

Celah atau biasa disebut dengan slip pada motor induksi merupakan suatu celah

udara yang terdapat diantara stator dan rotor. Celah udara ini menyebabkan

rotor dapat berputar yang dikarenakan oleh fluks induksi stator melewati celah

tersebut sehingga memotong kumparan rotor. Celah udara ini diatur

sedemikian rupa agar kerja motor menjadi optimum. Apabila celah tersebut

terlalu kecil akan mengakibatkan kesuran mekanis pada mesin, sedangkan

apabila terlalu besar maka efisiensi dari motor induksi akan rendah. Selisih

antara kecepatan dari putaran motor dengan kecepatan sinkronya biasa disebut

dengan slip (s). Slip pada umumnya dinyatakan dalam persen dari kecepatan

sinkron,

𝑆𝑙𝑖𝑝(𝑠) =𝑁𝑠−𝑁𝑟

𝑁𝑠× 100% ....................... 2.1

dimana :

Ns = Kecepatan Sinkron

Nr = Kecepatan Putaran Rotor

2.2. Prinsip Kerja Motor Induksi[10] [2]

Prinsip kerja dari sebuah motor adalah mengubah energi listrik menjadi energi

mekanik. Motor induksi bekerja berdasarkan dari induksi elektromagnetik yang

berasal dari kumparan stator kepada kumparan rotor. Kumparan stator akan

menginduksikan garis-garis gaya fluks sehingga akan memotong kumparan rotor

yang menyebabkan timbulnya Gaya Gerak Listrik (GGL) atau juga disebut dengan

tegangan induksi. Arus pada kumparan rotor akan mengalir disebabkan kumparan

pada rotor merupakan rangkaian tertutup. Kumparan (penghantar) rotor yang dialiri

oleh arus akan berada dalam garis gaya fluks dari kumparan stator sehingga

11

kumparan pada rotor akan mengalami gaya Lorentz, rotor akan bergerak sesuai

dengan arah dari pergerakan medan induksi dari stator akibat torsi yang ditimbulkan

oleh gaya Lorentz. Berikut persamaan dari gaya Lorentz:

𝐹 = 𝐵. 𝑖. 𝑙 ............................................... 2.2

dimana:

F = Gaya Lorentz (Newton)

B = Kerapatan fluks magnet (Tesla)

i = Arus yang mengalir dikawat (Ampere)

l = Panjang konduktor (Meter)

Kecepatan putaran dari medan stator ditentukan oleh banyaknya jumlah kutub pada

rangka stator yang terinduksi ke rotor. Apabila jumlah kutub semakin besar maka

kecepatan dari putaran medan stator akan mengecil, begitu juga sebaliknya. Besar

dari kecepatan berputar medan putar atau juga bisa disebut dengan kecepatan

sinkron dapat didapat dari:

𝑁𝑠 =120𝑓

𝑃.................................................... 2.3

dimana :

Ns = kecepatan putaran (rpm)

f = frekuensi (Hz)

p = jumlah pasang kutub

12

2.3. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa[2] [12]

Berikut ini merupakan tampilan dari rangkaian ekivalen dari motor induksi

Gambar 2.4 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

Dimana:

V = Tegangan masukan

R1 = Tahanan stator

I1 = Arus stator

X1 = Reaktansi stator

Im = Arus magnetisasi

Rm = Tahanan rangkaian magnetisasi

Xm = Reaktansi rangkaian magnetisasi

E1 = Tegangan induksi stator

N1 = Belitan stator

E2 = Tegangan induksi stator

N2 = Belitan rotor

R2/s = Tahanan rotor per slip

Ir = Arus rotor

X2 = Reaktansi rotor

Daya masukan pada motor induksi 3 fasa adalah

𝑃𝑖𝑛 = √3𝑉𝐼𝑐𝑜𝑠𝜑 ..................................... 2.4

13

dimana Pin adalah daya masukan, V adalah tegangan yang dihasilkan, dan I

adalah arus motor

Torsi yang dihasilkan adalah

𝑇 =𝑃

𝜔 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑇 =

𝑃×60

2𝜋×𝑛𝑠 ............................ 2.5

Dimana :

T = torsi motor

P = daya

ω = kecepatan sudut

ns = kecepatan motor induksi

Motor induksi memiliki kecepatan yang konstan ketika pembebanan perubahan

kecepatan motor sangat kecil. Pengurangan kecepatan motor diikuti dengan

kerugian dari efisiensi dan faktor daya yang buruk. Berikut ini beberapa metode

dalam kontrol kecepatan motor induksi:

1. Mengubah jumlah kutub motor[2]

Kecepatan motor induksi dapat dikontrol dengan cara mengubah jumlah

kutubnya. Namun untuk mengubah jumlah kutub statornya maka motor

tersebut harus dibongkar, sehingga metode ini sulit dilakukan.

2. Mengubah nilai tegangan[2]

Kecepatan motor induksi dapat dikontrol dengan merubah nilai tegangan,

sesuai dengan persamaan berikut

𝑇 ∝𝑠𝐸2

2𝑅2

𝑅22+(𝑠𝑋2)2 .......................................... 2.6

dimana E adalah tegangan induksi, R adalah tahanan rotor. Dikarenakan slip

rendah (𝑠𝑋)2 bernilai sangat rendah maka diabaikan sehingga

14

𝑇 ∝𝑠𝐸2

2

𝑅2 .................................................. 2.7

Nilai resistansi rotor 𝑅2 adalah konstan, maka persamaannya menjadi

𝑇 ∝ 𝑠𝐸22 .................................................. 2.8

Dapat diketahui bahwa E2 ∝ V sehingga T ∝ sV2. Pada persamaan tersebut

dapat diketahui jika tegangan supply dikurangkankan maka torsi pada motor

akan turun sedangkan ketika tegangan dinaikkan maka torsi juga akan ikut

naik. Ketika memasok beban yang sama maka torsi harus konstan sehingga slip

harus ditingkatkan. Namun saat nilai slip ditingkatkan akan menyebabkan

kecepatan motor semakin berkurang.

Gambar 2.5 Karakteristik motor induksi ketika perubahan tegangan[2]

Gambar 2.5 merupakan karakteristik motor induksi ketika mengubah nilai

tegangan sumber. Pada gambar, nilai V1 lebih besar dibandingkan nilai V2,

dimana ketika nilai tegangan semakin besar maka nilai torsi akan semakin

besar juga. Sedangkan ketika nilai tegangan semakin kecil maka nilai torsi akan

semakin kecil juga. Dapat dikatakan juga torsi berbanding lurus dengan nilai

tegangan yang diberikan

15

3. Mengubah nilai frekuensi[2]

Kecepatan motor induksi dapat dikontrol dengan merubah nilai dari frekuensi,

sesuai dengan persamaan berikut:

𝑁𝑠 =120𝑓

𝑃 ............................................... 2.9

Dari persamaan diatas, kecepatan motor dapat dirubah dengan mengganti nilai

frekuensi. Kecepatan dari motor induksi yang sebenarnya didapat dari N = Ns

(1 – s). Namun metode ini jarang digunakan karena membutuhkan generator

khusus yang dapat mengubah nilai frekuensi. Pada saat frekuensi rendah, nilai

arus pada motor akan menjadi tinggi dikarenakan nilai reaktansi menurun. Saat

nilai frekuensi dinaikkan maka torsi maksimum akan jatuh sedangkan

kecepatan meningkat.

Gambar 2.6 karakteristik motor induksi ketika perubahan frekuensi[2]

Gambar 2.6 merupakan karakteristik motor induksi ketika nilai frekuensi

sumber diubah. Pada gambar tersebut, nilai f1 lebih besar dibandingkan f2 dan

nilai f2 lebih besar dari f3, ketika nilai frekuensi semakin besar maka torsi yang

dihasilkan akan kecil kecil. Sedangkan ketika nilai frekuensi semakin kecil

maka nilai torsi akan semakin besar.

16

4. Mengendalikan kontrol V/f motor induksi[2] [5]

Pada saat nilai frekuensi supply dinaikkan maka nilai dari torsi maksimum akan

menurun dan ketika nilai tegangan dinaikkan maka nilai torsi akan meningkat.

Jika keduanya digabungkan maka kecepatan akan meningkat dan nilai torsi

maksimum akan tetap atau konstan. Metode ini biasa disebut dengan

voltage/frequency control, v/f. Kecepatan motor induksi dapat dikontrol

dengan metode V/f untuk mengontrol tegangan dan frekuensi maka diperlukan

rangkaian converter dan inverter.

Pada motor induksi emf diinduksikan oleh induksi yang sama dengan

transformator, seperti berikut

𝐸 𝑜𝑟 𝑉 = 4,44∅𝐾𝑇𝑓 𝑜𝑟 ∅ =𝑉

4,44𝐾𝑇𝑓 ..................... 2.10

Dimana K adalah konstanta, T adalah jumlah putaran per fasa dan f adalah

frekuensi. Dari persamaan diatas, ketika merubah nilai frekuensi maka

kecepatan sinkron akan ikut berubah, tetapi saat penurunan fluks menyebabkan

frekuensi akan meningkat.

Perubahan nilai fluks akan mengakibatkan rotor di motor menjadi jenuh

sehingga stator akan menyebabkan naiknya arus tanpa beban di motor. Jadi

sangat penting untuk mempertahankan fluks menjadi konstan dan itu hanya

dimungkinkan dengan merubah nilai dari tegangan. Pada saat menurunkan

fluks maka frekuensi akan meningkat dan pada saat yang sama jika kita

menurunkan tegangan maka fluks juga akan tetap sehingga fluks tidak berubah

atau konstan.

17

Gambar 2.7 Karakteristik motor induksi dengan perubahan tegangan dan

frekuensi[2]

Gambar 2.7 merupakan karakteristik motor induksi ketika nilai tegangan dan

frekuensi diubah-ubah. Pada gambar tersebut, ketika nilai tegangan dan

frekuensi dinaikkan bersama maka nilai torsi yang diperoleh semakin besar,

diperlihatkan pada pada grafik f1 and V1. Sedangkan pada grafik f2 and V2,

menunjukkan ketika nilai frekuensi dan tegangan diperkecil maka nilai torsi

akan ikut mengecil.

2.4 Buck Converter[8]

Buck Converter atau bisa juga disebut dengan step down converter, merupakan

salah satu jenis DC-DC konverter yang dapat menurunkan tegangan dengan

mengkonversikan tegangan keluaran menjadi lebih rendah dari tegangan masukan.

Dari namanya yaitu DC-DC converter, rangkaian ini hanya dapat mengubah nilai

tegangan DC atau searah saja. Berikut merupakan rangkaian buck converter.

18

Gambar 2.8 Rangkaian Buck Converter

Gambar 2.8 merupakan rangkaian dari Buck Converter terdiri dari tegangan input

(masukan) berupa tegangan DC, MOSFET (saklar aktif), Dioda (saklar pasif),

kapasitor , induktor dan beban resistif . Tegangan keluaran rata-rata dari Buck

Converter didapat dari persamaan berikut:

𝑉𝑜 = 𝐷 × 𝑉𝑠 .......................................... 2.11

dimana :

Vo = Tegangan Output (V)

D = Duty Cycle

Vs = Tegangan Sumber (V)

Untuk mencari nilai induktor menggunakan persamaan

𝐿𝑏 =(1−𝐷)𝑅

2𝑓 .............................................. 2.12

dimana L adalah inductor, D adalah duty cycle, R adalah tahanan dan f adalah

frekuensi yang digunakan. Sedangkan untuk mencari nilai kapasitor menggunakan

persamaan

𝐶𝑚𝑖𝑛 =(1−𝐷)𝑉𝑜

8𝑉𝑟𝐿𝑓2 ......................................... 2.13

dimana C adalah kapasitor, Vo adalah tegangan output, Vr adalah ripple tegangan.

DIODA CAPACITOR

INDUCTOR

RESISTOR

MOSFET

+

-

19

Berikut ini prinsip kerja dari Buck Converter ketika ON dan OFF:

1. Saat kondisi saklar ON

Ketika saat kondisi saklar (switch) ON, maka kondisi switch akan menutup,

sehingga arus yang mengalir yang berasal dari sumber akan menuju ke

induktor, dan juga resistor. Pada saat kondisi ini dioda akan mengalami

reverse/block dan induktor akan menyimpan atau charging.

Gambar 2.9 Rangkaian buck converter saat saklar ON[8]

2. Saat kondisi saklar OFF

Ketika saat kondisi switch OFF, maka kondisi switch akan membuka,

sehingga sumber tidak terhubung dengan rangkaian. Induktor akan menjadi

sumber arus karena pada saat ON telah menyimpan arus, sehingga induktor

akan mengalirkan arus ke komponen yang lain.

Gambar 2.10 Rangkaian buck converter saat sakalr OFF[8]

20

2.5 Inverter 3 Fasa[8]

Inverter merupakan salah satu rangkaian elektronika daya yang berfungsi untuk

mengkonversikan atau mengubah dari tegangan DC (Direct Current) menjadi

tegangan AC (Alternating Current). Berdasarkan fasanya, inverter dapat dibagi

menjadi 2 yaitu inverter 1 fasa dan inverter 3 fasa. Penggunaan inverter pada

kehidupan sehari-hari dapat dijumpai pada penyedia sumber energi listrik cadangan

untuk keperluan komputer.

Inverter 3 fasa merupakan jenis inverter dengan tegangan keluarannya adalah

tegangan bolak-balik (AC) yang berupa tegangan tiga fasa. Pada rangkaian inverter

tiga fasa yang sederhana terdiri dari enam buah saklar yaitu mosfet. Berikut ini

merupakan rangkaian dasar dari inverter 3 fasa:

Gambar 2.11 Rangkaian Inverter 3 Fasa

Keluaran dari suatu inverter dapat berupa bentuk gelombang sinus ataupun

gelombang kotak. Terdapat beberapa cara agar inverter mampu menghasilkan

sinyal sinusoidal yaitu dengan mengatur keterlambatan dari sudut penyalaan di

tiap lengannya dan cara yang umum digunakan dengan menggunakan PWM

(Pulse Width Modulation). Sinyal kontrol penyaklaran akan didapat dengan

membandingkan sinyal referensi (sinus) dengan sinyal carrier sehingga

21

frekuensi dan tegangan fundamental akan memiliki frekuensi yang sama dengan

gelombang sinus. Berikut ini pemicuan gelombang kotak menjadi gelombang

sinus:

Gambar 2.12 Pemicuan gelombang SPWM[3]

Aplikasi inverter ini, biasanya digunakan dibidang industri karena fungsi kerjanya

dapat mengubah tegangan DC ke tegangan AC. Inverter digunakan dalam mengatur

kecepatan motor listrik sehingga kecepatannya dapat kita atur sesuai dengan yang

diinginkan, inverter dapat juga disebut dengan VSD (Variable Speed Drive) atau

VFD (Variable Frequency Drive).

2.6 (Power Supply

Power Supply merupakan suatu komponen yang berfungsi untuk menyuplai arus

listrik, dimana power supply bekerja dengan mengubah tegangan AC menjadi

22

tegangan DC. Tegangan DC yang telah dirubah akan dialirkan ke komponen lain

yang bekerja terhadap tegangan DC. Berikut ini merupakan rangkaian sederhana

dari power supply:

Gambar 2.13 Rangkaian Power Supply

Pada gambar 2.13, terdiri dari diode bridge yang digunakan sebagai penyearah

gelombang bolak-balik yang dihasilkan oleh trafo penurun tegangan. Nilai

tegangan yang telah dihasilkan oleh trafo penurun tegangan berupa gelombang AC

dan gelombang tersebut akan disearahkan oleh diode bridge sehingga gelombang

AC akan menjadi gelombang satu arah saja. Kapasitor berfungsi untuk

menghilangkan riak gelombang yang telah disearahkan oleh diode bridge.

2.7 Mikrokontroler Arduino[11] [14]

Arduino merupakan suatu papan mikrokontroler tipe arduino yang berdasarkan

mikrokontroler Atmega. Arduino mempunyai beberapa jenis seperti Arduino uno

dan arduno Mega 2560. Arduino 2560 mempunyai 54 digital pin, dimana pin

tersebut terdiri dari input dan output dengan 15 pin dapat digunakan sebagai output

untuk PWM, 16 analog input, 4 UART (hardware port serial), osilator kristal 16

MHz, koneksi USB, socket jack, header ICSP, dan tombol reset. Semua fasilitas

BRIDGE

C R

AC 220 V VI 1

VO 3

REGULATOR TEGANGAN

+

-

23

tersebut digunakan untuk mendukung mikrokontroler agar terhubung dengan

komputer dengan kabel USB atau adaptor AC-DC.

Gambar 2.14 Arduino Mega 2560[11]

Arduino ini dapat diaktifkan dengan menggunakan USB atau catu daya eksternal.

Sumber daya eksternal yang digunakan dapat berupa adaptor AC-DC atau baterai.

Apabla menggunakan adaptor dapat dihubungkan dengan steker yang bagian

tengahnya terminal positif ke jack sumber tegangan yang terdapat pada papan.

Sedangkan jika menggunakan baterai dapat langsung dihubungkan melalui pin

header Gnd dan pin Vin pada konektor power.

2.8 MOSFET[8] [13]

MOSFET atau Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor merupakan

salah satu jenis transistor yang bekerja sebagai penguat tetapi transistor ini lebih

sering digunakan sebagai saklar elektronik. Bahan pembuat dari MOSFET ini

adalah bahan semikonduktor yaitu silicon, tetapi terdapat juga kanal MOSFET yang

dibuat dengan bahan campuran antara silicon dan germanium (SiGe). Pada

umumnya terdapat dua jenis MOSFET, yaitu tipe N (nMOS) dan tpe P (pMOS).

24

Gambar 2.15 MOSFET[8]

Gambar 2.15 merupakan bentuk fisik dari MOSFET ini seperti transistor yang

mempunyai tiga buah kaki, yaitu: GATE (G) merupakan kaki input, DRAIN (D)

merupakan kaki output dan SOURCE (S) merupakan kaki sumber. MOSFET

biasanya digunakan untuk menaikkan tegangan untuk menggerakkan trafo pada

rangkaian power supply jenis swtching. Berdasarkan datasheet MOSFET dapat

berkerja pada tegangan 10 volt sampai 20 volt DC dengan frekuensi tinggi.

2.9 Bluetooth HC-05[13]

Bluetooth adalah peralatan komunikasi yang berfungsi untuk menghubungkan

suatu perangkat komunikasi dengan perangkat komunikasi yang lainnya tanpa

memerlukan kabel (nirkabel). Perangkat bluetooth menyediakan layanan

pertukaran data, suara maupun gambar. Bluetooth sering dijumpai pada kehidupan

sehari-hari yang biasanya berada diperalatan ponsel.

25

Gambar 2.16 Bluetooth HC-05[13]

Gambar 2.16 merupakan tampilan dari bluetooth HC-05 merupakan suatu modul

bluetooth yang dapat digunakan sebagai slave atau master. Keuntungan dari

bluetooth HC-5 ini memiliki dua mode konfiguarasi, yaitu AT mode dan

communication mode. AT mode berfungsi untuk mengatur konfigurasi dari HC-05,

sedangkan communication mode berfungsi sebagai komunikasi bluetooth dengan

pirant lain. Jarak sinyal dari HC-05 yaitu berkisar 20 meter dengan kondisi tanpa

halangan.

2.10 Pengereman Dinamik[1] [6]

Pengereman dinamik merupakan suatu metode pengereman yang digunakan untuk

menghentikan putaran dari rotor motor induksi. Metode ini mengubah tegangan

pada stator dari tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah dalam waktu

singkat. Torsi yang dihasilkan pada pengereman tergantung dari besar arus DC

yang diinjeksikan pada belitan stator.

Kumparan stator akan mengembangkan medan magnet stasioner yang berasal dari

arus searah yang diinjeksikan sehingga tegangan pada rotor akan menurun dan

26

menghasilkan medan magnet. Kecepatan berputar dari medan magnet akan sama

dengan rotor tetapi arahnya berlawanan. Pengereman akan terjadi apabila terdapat

interaksi antara medan resultan dengan gerak gaya magnet rotor yang akan

mengembangkan torsi yang berlawanan dengan torsi motor. Torsi pengereman akan

sebanding dengan arus injeksi, sehingga torsi pengereman bergantung kepada

besarnya arus injeksi DC pada belitan stator. Nilai tahanan (R) berpengaruh pada

nilai kecepatan torsi pengereman. Semakin kecil nilai tahanan, maka semakin cepat

torsi pengereman terjadi. Berikut merupakan gambar rangkaian dari pengereman

dinamik:

Gambar 2.17 Rangkaian Pengereman Dinamik[1]

III. METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan berlangsung dari bulan Januari 2016 sampai bulan

Oktober 2016. Tempat dilakukan penelitian ini bertempat di Laboratorium Terpadu

Teknik Elektro Unversitas Lampung.

3.2.Alat dan Bahan Penelitian

Dalam melangsungkan penelitian ini, berikut beberapa alat yang digunakan dalam

penelitian ini, yaitu:

1. Solder dan timah

2. PCB board dan cairan Feritclorite

3. Multimeter

4. Bor PCB

5. Kabel

Selain itu, berikut komponen-komponen utama yang digunakan pada penelitian ini,

yaitu:

1. Smartphone Android

2. Mikrokontroler Arduino Mega 2560 dan Arduino Uno

3. Modul Bluetooth HC-05

4. Komponen Buck Converter

28

5. Komponen Gate Driver

6. Komponen Inverter

7. Mosfet IRFP460

8. Motor Sangkar Tupai Tiga Fasa

9. Osiloskop

10. Laptop

11. LCD

3.3. Prosedur Penelitian

Dalam tahap melakukan peneilitian ini terdapat beberapa tahap yang akan

dilakukan, yaitu:

1. Studi Literatur

Studi literatur dalam penelitian ini untuk mendapatkan gambaran tentang

penelitian yang akan dilakukan yaitu dengan cara mengumpulkan beberapa

referensi. Referensi-referensi yang didapat akan dipelajari tentang bagiamana

cara mengerjakannya, dan seberapa berbeda penelitian yang akan dilakukan,

sehingga mendapatkan hasil yang sesuai dengan yang kita inginkan. Berikut

beberapa referensi yang dikumpulkan, yaitu:

a. Prinsip kerja dari motor induksi

b. Pengaturan kecepatan motor induksi

c. Pemrograman aplikasi pada android

d. Buck Converter

e. Inverter

f. Rangkaian filter

29

g. Pemrograman mikrokontroler Arduino

h. Pengereman motor induksi

2. Perancangan Alat

Tahap perancangan alat merupakan tahap penentuan rangkaian dan nilai-nilai

komponen yang digunakan. Berikut beberapa tahapan yang akan dilakukan

pada perancangan alat, yaitu tahap pembuatan aplikasi pengendali, modul buck

converter, inverter, pemrograman pada mikrokontroler Arduino, dan

pembuatan power supply. Berikut ini merupakan gambar perancangan alat

a. Perancangan aplikasi pengendali

Aplikasi pengendali merupakan suatu control yang terdapat pada smartphone.

Sebelum berada di smartphone, aplikasi dirancang dan dibuat terlebih dahulu.

Pembuatan aplikasi ini menggunkan sebuah software open source yang

dimiliki oleh google, yaitu App Inventor. Pada aplikasi ini terdapat dua buah

sub sistem yaitu designer dan code block.

Dua sub sistem pada aplikasi App Inventor memiliki fungsi masing-masing.

Designer merupakan tampilan agar pengguna dapat berinteraksi dengan

melihat bentuk tampilan aplikasi yang sedang dirancang. Setelah tampilan

yang diinginkan sudah terpenuhi tetapi aplikasi tersebut belum dapat berfungsi,

hal ini dikarenakan tampilan tersebut belum terisi oleh program. Code block

merupakan berisi kumpulan kode suatu program agar desain yang telah dibuat

sebelumnya dapat bekerja.

30

b. Pembuatan modul power supply

Modul power supply merupakan suatu rangkaian penyerah agar sumber dari

tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah agar dapat masuk ke rangkaian.

Sumber yang disearahkan oleh power supply sebesar 220 volt AC. Komponen

pada rangkaian ini berupa trafo, diode bridge, kapasitor, resistor dan IC

regulator tegangan. Pada penelitian ini terdapat beberapa power supply yaitu

untuk sumber buck converter, mikrokontroler, gate drver, dan pengereman.

c. Pembuatan modul buck converter

Buck converter meupakan salah satu rangkaian utama pada penelitian ini, hal

ini disebabkan karena dapat mengatur nilai tegangan. Pembuatan buck

converter harus memiliki hantar arus listrik, bekerja pada frekuensi yang tinggi

dan dapat digunakan pada tegangan yang tinggi sebesar 220 volt. Komponen

yang digunakan untuk pembuatan buck converter harus dapat bekerja pada

tegangan tinggi yaitu mosfet irfp460, diode freewheeling, inductor, dan

kapasitor.

d. Pembuatan modul inverter

Selain buck converter, inverter juga rangkaian utama pada penelitian ini karena

inverter bekerja dengan mengubah nilai frekeunsi. Inverter bekerja dengan

mengubah tegangan searah menjadi tegangan bolak-balik. Sumber dari inverter

ini adalah keluaran dari rangkaian buck converter. Komponen yang digunakan

pada inverter yaitu mosfet irfp460, kapasitor dan resistor.

31

e. Pembuatan pengereman dinamik

Pengereman dinamik pada penelitian ini bertujuan untuk menghentikan

kecepatan motor induksi. Komponen pada rangkaian ini berupa relay tiga buah

dan resistor.

f. Pemrograman Arduino

Pemrograman pada mikrokontroler bertujuan untuk membangkitkan

gelombang pwm pada pada rangkaian buck converter dan inverter.

Pemrograman untuk membangkitkan gelombang pwm dengan menggunakan

timer interrupt dan register OCR.

Berikut ini diagram blok umtuk perancangan alat pada penelitian ini:

Android Bluetooth

Buck ConverterPengereman

DinamikMotor Induksi

3 FasaInverter

Mikrokontroler Arduino Mega

Rectifier

Mikrokontroler Arduino Uno

Power Supply

Gambar 3.1 Diagram blok perancangan alat

32

3. Pengujian

Tahap pengujian dilakukan apakah alat yang sudah dirancang berhasil atau

tidak. Berikut beberapa tahapan pengujian yang dilakukan:

a. Pengujian aplikasi

Aplikasi pengendali merupakan salah satu perangkat yang sangat penting,

dimana aplikasi ini adalah control utama untuk mengendalikan kecepatan

motor. Aplikasi untuk pengendali kecepatan dapat dibangun atau dibuat

dengan menggunakan software App Inventor yang dimiliki oleh google

setelah aplikasi ini dibuat kemudian aplikasi ini diinstal terlebih dahulu di

smartphone. Pada aplikasi terdapat tombol-tombol untuk mengatur

kecepatan motor dengan mengubah nilai tegangan dan frekuensi.

Selanjutnya dilakukan sebuah pengujian aplikasi.

Pengujian aplikasi pengendali dengan menghubungkan smartphone dengan

modul bluetooth kemudian melihat suatu proses aplikasi setelah dirancang

dan dibuat. Penilaian pengujian ini berhasil atau tidaknya berdasarkan

proses pengiriman perintah setelah tombol yang terdapat pada aplikasi

ditekan. Selanjutnya melihat apakah perintah yang diberikan dari aplikasi

telah berjalan dengan baik.

b. Pengujian mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan otak atau pusat control dari penelitian ini,

dimana mikrokontroler ini berfungsi untuk mengontrol secara keseluruhan

berupa tegangan, frekeunsi dan pengereman. Mikrokontroler dapat

33

membangkitkan gelombang pwm untuk mengatur tegangan yaitu dengan

mengubah nilai duty cycle menggunakan time interrupt dan register OCR.

Selain itu dapat mengubah duty cycle, mikrokontroler juga dapat

mengontrol frekuensi.

Pengujian pada mikrokontroler ini dilakukan untuk melihat apakah bekerja

sesuai dengan fungsinya dengan pemrograman mikrokontroler.

Pemrograman mikrokontroler berfungsi untuk menuliskan perintah pada

mikrokontroler arduino. Perintah yang diberikan berupa perintah untuk

menagatur tegangan pada buck converter dan mengontrol frekeunsi pada

inverter serta rangkaian pengereman.

c. Pengujian bluetooth

Pengujian bluetooth ini dilakukan untuk melihat apakah perangkat

bluetooth dapat terhubung dengan aplikasi pengendali yang terdapat di

smartphone. Pengujjian ini juga dilakukan berapa panjang jarak agar

smartphone dan bluetooth dapat terhubung serta dlakukan dalam dua

kondisi yaitu dalam keadaan ruang terbuka dan ruang tertutup.

d. Pengujian Buck Converter

Buck converter merupakan rangkaian yang penting pada penelitian ini

karena rangkaian ini berfungsi untuk mengatur nilai-nilai dari tegangan

supply yang diberikan. Pengujian buck converter dilakukan dengan melihat

perubahan dari duty cycle yang berpengaruh terhadap tegangan yang

34

diberikan dan tegangan keluaran yang dihasilkan akan lebih kecil

dibandingkan tegangan masukan. Pada pengujian ini duty cycle yang

digunakan yaitu dari 10% sampai dengan 100% dengan sumber 220 volt.

e. Pengujian Inverter

Pengujian inverter dilakukan dengan melihat apakah modul inverter yang

sudah dibuat keluaran yang dihasilkan benar atau tidak. Pada pengujian ini

dilakukan dengan tegangan DC yang sebagai masukan dapat berubah

menjadi tegangan AC yang merupakan keluaran serta melihat bagaimana

bentuk gelombang yang dihasilkan. Pada penelitian ini, inverter bekerja

dengan dengan mengubah nilai dari frekuensi sehingga kecepatan motor

dapat dikontrol.

f. Pengujian Rangkaian Pengereman

Pengujian ini dilakukan untuk melihat proses penghentian putaran motor.

Untuk melihat apakah pengereman ini bekerja yaitu ketika tombol pada

aplikasi ditekan, putaran motor akan berhenti atau tidak

g. Pengujian keseluruhan

Setelah melakukan pengujian terhadap masing-masing rangkaian,

selanjutnya seluruh rangkaian disusun sesuai dengan diagram blok. Seluruh

rangkaian yang telah disusun kemudian akan dilakukan sebuah pengujian

akhir dengan menggunakan motor induksi tiga fasa. Pengujian dilakukan

untuk melihat ketika aplikasi pengendali ketika memberi perintah dengan

35

mengubah nilai tegangan dan frekuensi apakah motor akan berputar atau

tidak. Selain pengaturan kecepatan motor, dilakukan juga perintah untuk

pengeraman motor ketika motor sedang berputar.

3.4. Analisa data hasil pengujian

Setelah pengujian dan pengambilan data telah dilakukan, tahap yang

selanjutnya adalah analisa hasil pengujian. Data-data yang telah didapat ini

akan dianalisa dan dibandingkan dengan teori yang ada. Dan pada akhirnya

dapat diambil kesimpulan akhir penelitian.

3.5. Diagram Alir Penelitian

Tahapan dari penelitian yang dilakukan dimulai dari studi literatur kemudian

dilanjutkan dengan perancangan sistem yang akan dibuat dan diakhiri dengan

analisa hasil dari pengambilan data. Adapun flowchart dari diagram alir

penelitian adalah sebagai berikut:

36

Pengambilan Data

Studi Literatur

Perancangan Sistem

Ketersediaan Alat ?

Perancangan Alat

Pengujian Alat

Apakah Alat Sesuai ?

Mulai

Selesai

Analisa Hasil

YA

TIDAK

YA

TIDAK

Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Alat dan Sistem


5.1. Kesimpulan

Setelah melakukan pengujian dan pembahasan dapat diambil beberapa

kesimpulan, yaitu :

1. Pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa dapat dikontrol sampai jarak

maksimal 15 meter, dengan pengaturan perubahan nilai tegangan dan

frekuensi.

2. Rangkaian buck converter pada penelitian ini berfungsi untuk mengatur nilai

tegangan DC dengan nilai duty cycle dari 20% sampai 100% dengan variasi

kenaikkan sebesar 20%. Rangkaian inverter pada penelitian ini berfungsi

untuk mengatur nilai frekuensi dari nilai 40 Hz sampai 55 Hz dengan variasi

kenaikkan 5 Hz.

3. Selain berpengaruh pada semakin cepatnya putaran motor, perubahan nilai

tegangan semakin besart maka akan mengakibatkan nilai torsi juga ikut naik

sedangkan perubahan nilai frekuensi semakin besar maka nilai torsi akan

semakin menurun.

78

4. Bila nilai tegangan semakin besar maka nilai arus yang pada motor akan

naik. Pada perubahan frekuensi, semakin besar nilai frekuensi maka nilai

arus pada motor akan semakin kecil.

5. Bila nilai tegangan dan frekuensi dinaikkan bersama maka kecepatan motor

akan semakin cepat, dimana ketika kecepatan motor semakin cepat dan nilai

torsi pada motor juga akan semakin naik.

5.2. Saran

Adapun saran yang dapat diberikan untuk kesempurnaan pengembangan alat

pengendali ini sebagai berikut :

1. Pengaturan tegangan dapat dilakukan dengan mengatur tegangan DC umtuk

masukan inverter dengan mengganti rangakaian Buck Converter dengan

rangkaian converter DC to DC lainnya seperti rangkaian Boost Converter

atau Buck-Boost Converter.

2. Sistem operasi pada penelitian ini berupa open loop sehingga untuk

penelitian selanjutnya dapat menggunakan sistem operasi close loop

sehingga nilai keluarannya dapat diatur dengan sedemikian rupa.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Arindya, Radita.2013.”Penggunaan dan Pengaturan Motor

Listrik”.Yogyakarta: Graha Ilmu.

[2] EL – Sharkawi Mohamed A.2000.”Fundamental of Electric

Drivers.Brooks.Washington DC.

[3] Haryanto, Hari.”Pembuatan Modul Inverter sebagai Kendali Kecepatan

Putaran Motor Induksi”.Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

[3] Internalis, Baskara.2007.”Pengaruh Variasi Tegangan DC Chopper dan

Variasi Frekuensi Inverter pada Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3

Fasa 1 HP Berbasis Mikrokontroller AT89S51/52”.Universitas

Diponegoro.

[5] Jee, Devraj dan Patel, Nikhar.2013.”V/f Control of Induction Motor

Drive”.National Institute of Technology Rourkela.

[6] Masihin, Elvys Hirsley Anthon.2008.”Pemodelan dan Simulasi

Pengereman Dinamik Motor Induksi Tiga Fasa”.Universitas Indonesia.

[7] Nugroho, Emmanuel Agung.2009.”Inverter Volt/Hertz Kontrol sebagai

Pengendali Motor AC 3 Fasa”.Universitas Semarang.

[8] Rashid, M.H.2011.”Power Electronics Handbook Third

Edition.Californa:Elsevier, Inc.

[9] Sardiyanto.2009.”Pembuatan Modul Inverter 3 Fasa Sinusoidal Pulse

Width Modulation sebagai Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa

terhubung Segitiga 220 Volt”.Universitas Diponegoro Semarang.

[10] Theraja, B.L., dan Theraja, A.K.2005.”Electrical Technology Volume I:

Basic Electrcal Engineering”. New Delhi: S. Chand & Company.

[11] User Manual DataSheet. 2012. 2.0 Amp Output Current IGBT Gate

Drive Optocoupler. Agilent Technologies.

[12] Wildi, Theodore.2002.”Electrical Machines, Drives, and Power Systems

Fifth Edition”. Ohio:Prentice Hall.

[13] www.alldatasheet.com

[14] www.arduino.cc

http://www.alldatasheet.com/

APRIWAN RIZKIdigilib.unila.ac.id/24765/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdfBERBASIS SMARTPHONE ANDROID...

Documents

Transcript of APRIWAN RIZKIdigilib.unila.ac.id/24765/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdfBERBASIS SMARTPHONE ANDROID...